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spark机器学习-聚类
spark机器学习-聚类 聚类算法是一种无监督学习任务，用于将对象分到具有高度相似性的聚类中，聚类算法的思想简单的说就是物以类聚的思想，相同性质的点在空间中表现的较为紧密和接近，主要用于数据探索与异常检测，最常用的一种聚类算法是K均值(K-means)聚类算法算法原理kmeans的计算方法如下：1 选取k个中心点2 遍历所有数据，将每个数据划分到最近的中心点中3 计算每个聚类的平均值，并作为新的中心点4 重复2-3，直到这k个中线点不再变化（收敛了），或执行了足够多的迭代算法的时间复杂度上界为O(n*k*t), 其中k为输入的聚类个数，n为数据量，t为迭代次数。一般t,k,n均可认为是常量，时间和空间复杂度可以简化为O(n)，即线性的spark ml编码实践可在spark-shell环境下修改参数调试以下代码，可以用实际的业务数据做测试评估，业务数据一般是多列，可以把维度列用VectorAssembler组装成向量列做为Kmeans算法的输入列，考虑现实的应用场景，比如做异常数据检测，正常数据分为一类，异常数据分为几类，分别统计正常数据与异常数据的数据量，求百分比等《span style=“font-size:18px;“》import org.apache.spark.ml.clustering.KMeans import org.apache.spark.mllib.linalg.Vectors val dataset = sqlContext.createDataFrame(Seq( (1, Vectors.dense(0.0, 0.0, 0.0)), (2, Vectors.dense(0.1, 0.1, 0.1)), (3, Vectors.dense(0.2, 0.2, 0.2)), (4, Vectors.dense(9.0, 9.0, 9.0)), (5, Vectors.dense(1.1, 1.1, 0.1)), (6, Vectors.dense(12, 14, 100)), (6, Vectors.dense(1.1, 0.1, 0.2)), (6, Vectors.dense(-2, -3, -4)), (6, Vectors.dense(1.6, 0.6, 0.2)) )).toDF(“id“, “features“) // Trains a k-means model val kmeans = new KMeans().setK(3).setMaxIter(20).setFeaturesCol(“features“).setPredictionCol(“prediction“) val model = kmeans.fit(dataset) // Shows the result println(“Final Centers: “) model.clusterCenters.foreach(println) model.clusterCenters.zipWithIndex.foreach(println) val myres = model.transform(dataset).select(“features“,“prediction“) myres.show()《/span》 聚类算法是一类无监督式机器学习算法，聚类效果怎么评估，模型训练参数怎么调优，是否能用管道来训练模型来比较各种不同组合的参数的效果，即网格搜索法(gridsearch),先设置好待测试的参数，MLLib就会自动完成这些参数的不同组合,管道搭建了一条工作流，一次性完成了整个模型的调优，而不是独立对每个参数进行调优，这个还要再确认一下，查看SPARK-14516好像目前还没有一个聚类效果通用的自动的度量方法像这种代码（不过现在这个代码有问题）：《span style=“font-size:18px;“》import org.apache.spark.ml.clustering.KMeans import org.apache.spark.mllib.linalg.Vectors import org.apache.spark.ml.tuning.{ ParamGridBuilder, CrossValidator } import org.apache.spark.ml.{ Pipeline, PipelineStage } val dataset = sqlContext.createDataFrame(Seq( (1, Vectors.dense(0.0, 0.0, 0.0)), (2, Vectors.dense(0.1, 0.1, 0.1)), (3, Vectors.dense(0.2, 0.2, 0.2)), (4, Vectors.dense(9.0, 9.0, 9.0)), (5, Vectors.dense(1.1, 1.1, 0.1)), (6, Vectors.dense(12, 14, 100)), (6, Vectors.dense(1.1, 0.1, 0.2)), (6, Vectors.dense(-2, -3, -4)), (6, Vectors.dense(1.6, 0.6, 0.2)) )).toDF(“id“, “features“) val kmeans = new KMeans().setK(2).setMaxIter(20).setFeaturesCol(“features“).setPredictionCol(“prediction“) //主要问题在这里，没有可用的评估器与label列设置 val evaluator = new BinaryClassificationEvaluator().setLabelCol(“prediction“) val paramGrid = new ParamGridBuilder().addGrid(kmeans.initMode, Array(“random“)).addGrid(kmeans.k, Array(3, 4)).addGrid(kmeans.maxIter, Array(20, 60)).addGrid(kmeans.seed, Array(1L, 2L)).build() val steps: Array = Array(kmeans) val pipeline = new Pipeline().setStages(steps) val cv = new CrossValidator().setEstimator(pipeline).setEvaluator(evaluator).setEstimatorParamMaps(paramGrid).setNumFolds(10) // Trains a model val pipelineFittedModel = cv.fit(dataset)《/span》
k-means聚类算法一定要指定聚类个数吗
一,K-Means聚类算法原理k-means 算法接受参数 k ；然后将事先输入的n个数据对象划分为 k个聚类以便使得所获得的聚类满足：同一聚类中的对象相似度较高；而不同聚类中的对象相似度较小.聚类相似度是利用各聚类中对象的均值所获得一个“中心对象”（引力中心）来进行计算的. K-means算法是最为经典的基于划分的聚类方法,是十大经典数据挖掘算法之一.K-means算法的基本思想是：以空间中k个点为中心进行聚类,对最靠近他们的对象归类.通过迭代的方法,逐次更新各聚类中心的值,直至得到最好的聚类结果. 假设要把样本集分为c个类别,算法描述如下： （1）适当选择c个类的初始中心； （2）在第k次迭代中,对任意一个样本,求其到c个中心的距离,将该样本归到距离最短的中心所在的类； （3）利用均值等方法更新该类的中心值； （4）对于所有的c个聚类中心,如果利用（2）（3）的迭代法更新后,值保持不变,则迭代结束,否则继续迭代. 该算法的最大优势在于简洁和快速.算法的关键在于初始中心的选择和距离公式.
聚类算法有哪些
聚类算法有：划分法、层次法、密度算法、图论聚类法、网格算法、模型算法。
1、划分法
划分法(partitioning methods)，给定一个有N个元组或者纪录的数据集，分裂法将构造K个分组，每一个分组就代表一个聚类，K《N。使用这个基本思想的算法有：K-MEANS算法、K-MEDOIDS算法、CLARANS算法。
2、层次法
层次法(hierarchical methods)，这种方法对给定的数据集进行层次似的分解，直到某种条件满足为止。具体又可分为“自底向上”和“自顶向下”两种方案。代表算法有：BIRCH算法、CURE算法、CHAMELEON算法等。
3、密度算法
基于密度的方法(density-based methods)，基于密度的方法与其它方法的一个根本区别是：它不是基于各种各样的距离的，而是基于密度的。这样就能克服基于距离的算法只能发现“类圆形”的聚类的缺点。代表算法有：DBSCAN算法、OPTICS算法、DENCLUE算法等。
4、图论聚类法
图论聚类方法解决的第一步是建立与问题相适应的图，图的节点对应于被分析数据的最小单元，图的边（或弧）对应于最小处理单元数据之间的相似性度量。因此，每一个最小处理单元数据之间都会有一个度量表达，这就确保了数据的局部特性比较易于处理。图论聚类法是以样本数据的局域连接特征作为聚类的主要信息源，因而其主要优点是易于处理局部数据的特性。
5、网格算法
基于网格的方法(grid-based methods)，这种方法首先将数据空间划分成为有限个单元（cell）的网格结构,所有的处理都是以单个的单元为对象的。代表算法有：STING算法、CLIQUE算法、WAVE-CLUSTER算法。
6、模型算法
基于模型的方法(model-based methods)，基于模型的方法给每一个聚类假定一个模型，然后去寻找能够很好的满足这个模型的数据集。通常有两种尝试方向：统计的方案和神经网络的方案。
扩展资料：
聚类分析起源于分类学，在古老的分类学中，人们主要依靠经验和专业知识来实现分类，很少利用数学工具进行定量的分类。随着人类科学技术的发展，对分类的要求越来越高，以致有时仅凭经验和专业知识难以确切地进行分类，于是人们逐渐地把数学工具引用到了分类学中，形成了数值分类学，之后又将多元分析的技术引入到数值分类学形成了聚类分析。聚类分析内容非常丰富，有系统聚类法、有序样品聚类法、动态聚类法、模糊聚类法、图论聚类法、聚类预报法等。
在商业上，聚类可以帮助市场分析人员从消费者数据库中区分出不同的消费群体来，并且概括出每一类消费者的消费模式或者说习惯。它作为数据挖掘中的一个模块，可以作为一个单独的工具以发现数据库中分布的一些深层的信息，并且概括出每一类的特点，或者把注意力放在某一个特定的类上以作进一步的分析；并且，聚类分析也可以作为数据挖掘算法中其他分析算法的一个预处理步骤。
参考资料：百度百科-聚类算法
四种聚类方法之比较
四种聚类方法之比较介绍了较为常见的k-means、层次聚类、SOM、FCM等四种聚类算法，阐述了各自的原理和使用步骤，利用国际通用测试数据集IRIS对这些算法进行了验证和比较。结果显示对该测试类型数据，FCM和k-means都具有较高的准确度，层次聚类准确度最差，而SOM则耗时最长。关键词:聚类算法；k-means；层次聚类；SOM；FCM聚类分析是一种重要的人类行为，早在孩提时代，一个人就通过不断改进下意识中的聚类模式来学会如何区分猫狗、动物植物。目前在许多领域都得到了广泛的研究和成功的应用，如用于模式识别、数据分析、图像处理、市场研究、客户分割、Web文档分类等。 聚类就是按照某个特定标准(如距离准则)把一个数据集分割成不同的类或簇，使得同一个簇内的数据对象的相似性尽可能大，同时不在同一个簇中的数据对象的差异性也尽可能地大。即聚类后同一类的数据尽可能聚集到一起，不同数据尽量分离。 聚类技术正在蓬勃发展，对此有贡献的研究领域包括数据挖掘、统计学、机器学习、空间数据库技术、生物学以及市场营销等。各种聚类方法也被不断提出和改进，而不同的方法适合于不同类型的数据，因此对各种聚类方法、聚类效果的比较成为值得研究的课题。1 聚类算法的分类 目前，有大量的聚类算法。而对于具体应用，聚类算法的选择取决于数据的类型、聚类的目的。如果聚类分析被用作描述或探查的工具，可以对同样的数据尝试多种算法，以发现数据可能揭示的结果。 主要的聚类算法可以划分为如下几类：划分方法、层次方法、基于密度的方法、基于网格的方法以及基于模型的方法。 每一类中都存在着得到广泛应用的算法，例如：划分方法中的k-means聚类算法、层次方法中的凝聚型层次聚类算法、基于模型方法中的神经网络聚类算法等。 目前,聚类问题的研究不仅仅局限于上述的硬聚类，即每一个数据只能被归为一类，模糊聚类也是聚类分析中研究较为广泛的一个分支。模糊聚类通过隶属函数来确定每个数据隶属于各个簇的程度，而不是将一个数据对象硬性地归类到某一簇中。目前已有很多关于模糊聚类的算法被提出，如著名的FCM算法等。 本文主要对k-means聚类算法、凝聚型层次聚类算法、神经网络聚类算法之SOM,以及模糊聚类的FCM算法通过通用测试数据集进行聚类效果的比较和分析。2 四种常用聚类算法研究2.1 k-means聚类算法 k-means是划分方法中较经典的聚类算法之一。由于该算法的效率高，所以在对大规模数据进行聚类时被广泛应用。目前，许多算法均围绕着该算法进行扩展和改进。 k-means算法以k为参数，把n个对象分成k个簇，使簇内具有较高的相似度，而簇间的相似度较低。k-means算法的处理过程如下：首先，随机地选择k个对象，每个对象初始地代表了一个簇的平均值或中心;对剩余的每个对象，根据其与各簇中心的距离，将它赋给最近的簇;然后重新计算每个簇的平均值。这个过程不断重复，直到准则函数收敛。通常，采用平方误差准则，其定义如下： 这里E是数据库中所有对象的平方误差的总和，p是空间中的点，mi是簇Ci的平均值。该目标函数使生成的簇尽可能紧凑独立，使用的距离度量是欧几里得距离,当然也可以用其他距离度量。k-means聚类算法的算法流程如下： 输入：包含n个对象的数据库和簇的数目k； 输出：k个簇，使平方误差准则最小。 步骤： (1) 任意选择k个对象作为初始的簇中心； (2) repeat； (3) 根据簇中对象的平均值，将每个对象(重新)赋予最类似的簇； (4) 更新簇的平均值，即计算每个簇中对象的平均值； (5) until不再发生变化。2.2 层次聚类算法 根据层次分解的顺序是自底向上的还是自上向下的，层次聚类算法分为凝聚的层次聚类算法和分裂的层次聚类算法。 凝聚型层次聚类的策略是先将每个对象作为一个簇，然后合并这些原子簇为越来越大的簇，直到所有对象都在一个簇中，或者某个终结条件被满足。绝大多数层次聚类属于凝聚型层次聚类，它们只是在簇间相似度的定义上有所不同。四种广泛采用的簇间距离度量方法如下： 这里给出采用最小距离的凝聚层次聚类算法流程： (1) 将每个对象看作一类，计算两两之间的最小距离； (2) 将距离最小的两个类合并成一个新类； (3) 重新计算新类与所有类之间的距离； (4) 重复(2)、(3)，直到所有类最后合并成一类。2.3 SOM聚类算法 SOM神经网络是由芬兰神经网络专家Kohonen教授提出的，该算法假设在输入对象中存在一些拓扑结构或顺序，可以实现从输入空间(n维)到输出平面(2维)的降维映射，其映射具有拓扑特征保持性质,与实际的大脑处理有很强的理论联系。 SOM网络包含输入层和输出层。输入层对应一个高维的输入向量，输出层由一系列组织在2维网格上的有序节点构成，输入节点与输出节点通过权重向量连接。学习过程中，找到与之距离最短的输出层单元，即获胜单元，对其更新。同时，将邻近区域的权值更新，使输出节点保持输入向量的拓扑特征。 算法流程： (1) 网络初始化，对输出层每个节点权重赋初值； (2) 将输入样本中随机选取输入向量，找到与输入向量距离最小的权重向量； (3) 定义获胜单元，在获胜单元的邻近区域调整权重使其向输入向量靠拢； (4) 提供新样本、进行训练； (5) 收缩邻域半径、减小学习率、重复，直到小于允许值，输出聚类结果。2.4 FCM聚类算法 1965年美国加州大学柏克莱分校的扎德教授第一次提出了‘集合’的概念。经过十多年的发展，模糊集合理论渐渐被应用到各个实际应用方面。为克服非此即彼的分类缺点，出现了以模糊集合论为数学基础的聚类分析。用模糊数学的方法进行聚类分析，就是模糊聚类分析。 FCM算法是一种以隶属度来确定每个数据点属于某个聚类程度的算法。该聚类算法是传统硬聚类算法的一种改进。 算法流程： (1) 标准化数据矩阵； (2) 建立模糊相似矩阵，初始化隶属矩阵； (3) 算法开始迭代，直到目标函数收敛到极小值； (4) 根据迭代结果，由最后的隶属矩阵确定数据所属的类，显示最后的聚类结果。3 四种聚类算法试验3.1 试验数据 实验中，选取专门用于测试分类、聚类算法的国际通用的UCI数据库中的IRIS数据集，IRIS数据集包含150个样本数据，分别取自三种不同的莺尾属植物setosa、versicolor和virginica的花朵样本,每个数据含有4个属性，即萼片长度、萼片宽度、花瓣长度，单位为cm。在数据集上执行不同的聚类算法，可以得到不同精度的聚类结果。3.2 试验结果说明 文中基于前面所述各算法原理及算法流程，用matlab进行编程运算，得到表1所示聚类结果。 如表1所示，对于四种聚类算法，按三方面进行比较：(1)聚错样本数：总的聚错的样本数，即各类中聚错的样本数的和；(2)运行时间：即聚类整个过程所耗费的时间，单位为s；(3)平均准确度：设原数据集有k个类,用ci表示第i类，ni为ci中样本的个数，mi为聚类正确的个数,则mi/ni为第i类中的精度，则平均精度为：3.3 试验结果分析 四种聚类算法中，在运行时间及准确度方面综合考虑，k-means和FCM相对优于其他。但是，各个算法还是存在固定缺点：k-means聚类算法的初始点选择不稳定，是随机选取的，这就引起聚类结果的不稳定，本实验中虽是经过多次实验取的平均值，但是具体初始点的选择方法还需进一步研究；层次聚类虽然不需要确定分类数，但是一旦一个分裂或者合并被执行，就不能修正，聚类质量受限制；FCM对初始聚类中心敏感，需要人为确定聚类数，容易陷入局部最优解；SOM与实际大脑处理有很强的理论联系。但是处理时间较长，需要进一步研究使其适应大型数据库。 聚类分析因其在许多领域的成功应用而展现出诱人的应用前景，除经典聚类算法外，各种新的聚类方法正被不断被提出。
聚类算法 结果 啥样
聚类是对数据空间中数据对象进行分类，位于同一类中的数据对象之间的相似度较大，而位于不同类之间的数据对象差异度较大。聚类是一种无监督学习，能自动对数据集进行划分。常见的聚类算法：k-means，DBSCAN，CURE等算法。 简单地讲，聚类的结果就是得到数据集中数据对象的类别信息。例如，将以下几种物品玫瑰、红枫、松树、老虎、大象、绵羊等进行聚类，就应该得到玫瑰、红枫、松树属于同一类，老虎、大象、绵羊属于一类，可以对这自己对这两类赋予标记，如“植物”、“动物”这两个标记分别代表聚类空间中的两个类。。 更详细的请参考《数据挖掘概念与技术》。
聚类算法的具体方法
k-means 算法接受输入量 k ；然后将n个数据对象划分为 k个聚类以便使得所获得的聚类满足：同一聚类中的对象相似度较高；而不同聚类中的对象相似度较小。聚类相似度是利用各聚类中对象的均值所获得一个“中心对象”（引力中心）来进行计算的。k-means 算法的工作过程说明如下：首先从n个数据对象任意选择 k 个对象作为初始聚类中心；而对于所剩下其它对象，则根据它们与这些聚类中心的相似度（距离），分别将它们分配给与其最相似的（聚类中心所代表的）聚类；然后再计算每个所获新聚类的聚类中心（该聚类中所有对象的均值）；不断重复这一过程直到标准测度函数开始收敛为止。一般都采用均方差作为标准测度函数. k个聚类具有以下特点：各聚类本身尽可能的紧凑，而各聚类之间尽可能的分开。 K-MEANS有其缺点：产生类的大小相差不会很大，对于脏数据很敏感。改进的算法：k—medoids 方法。这儿选取一个对象叫做mediod来代替上面的中心的作用，这样的一个medoid就标识了这个类。K-medoids和K-means不一样的地方在于中心点的选取，在K-means中，我们将中心点取为当前cluster中所有数据点的平均值，在 K-medoids算法中，我们将从当前cluster 中选取这样一个点——它到其他所有（当前cluster中的）点的距离之和最小——作为中心点。 步骤：1，任意选取K个对象作为medoids（O1,O2,…Oi…Ok）。以下是循环的：2，将余下的对象分到各个类中去（根据与medoid最相近的原则）；3，对于每个类（Oi）中，顺序选取一个Or，计算用Or代替Oi后的消耗—E（Or）。选择E最小的那个Or来代替Oi。这样K个medoids就改变了，下面就再转到2。4，这样循环直到K个medoids固定下来。这种算法对于脏数据和异常数据不敏感，但计算量显然要比K均值要大，一般只适合小数据量。 上面提到K-medoids算法不适合于大数据量的计算。Clara算法，这是一种基于采样的方法，它能够处理大量的数据。Clara算法的思想就是用实际数据的抽样来代替整个数据，然后再在这些抽样的数据上利用K-medoids算法得到最佳的medoids。Clara算法从实际数据中抽取多个采样，在每个采样上都用K-medoids算法得到相应的（O1, O2 … Oi … Ok），然后在这当中选取E最小的一个作为最终的结果。 Clara算法的效率取决于采样的大小，一般不太可能得到最佳的结果。在Clara算法的基础上，又提出了Clarans的算法，与Clara算法不同的是：在Clara算法寻找最佳的medoids的过程中，采样都是不变的。而Clarans算法在每一次循环的过程中所采用的采样都是不一样的。与上面所讲的寻找最佳medoids的过程不同的是，必须人为地来限定循环的次数。
数据库技术，关联，聚类，分类有哪些方法
简单地说，分类(Categorization or Classification)就是按照某种标准给对象贴标签(label)，再根据标签来区分归类。简单地说，聚类是指事先没有“标签”而通过某种成团分析找出事物之间存在聚集性原因的过程。 区别是，分类是事先定义好类别 ，类别数不变 。分类器需要由人工标注的分类训练语料训练得到，属于有指导学习范畴。聚类则没有事先预定的类别，类别数不确定。 聚类不需要人工标注和预先训练分类器，类别在聚类过程中自动生成 。分类适合类别或分类体系已经确定的场合，比如按照国图分类法分类图书；聚类则适合不存在分类体系、类别数不确定的场合，一般作为某些应用的前端，比如多文档文摘、搜索引擎结果后聚类(元搜索)等。 分类的目的是学会一个分类函数或分类模型(也常常称作分类器 ),该模型能把数据库中的数据项映射到给定类别中的某一个类中。 要构造分类器，需要有一个训练样本数据集作为输入。训练集由一组数据库记录或元组构成，每个元组是一个由有关字段(又称属性或特征)值组成的特征向量，此外，训练样本还有一个类别标记。一个具体样本的形式可表示为：(v1,v2,...,vn; c)；其中vi表示字段值，c表示类别。分类器的构造方法有统计方法、机器学习方法、神经网络方法等等。 聚类(clustering)是指根据“物以类聚”原理，将本身没有类别的样本聚集成不同的组，这样的一组数据对象的集合叫做簇，并且对每一个这样的簇进行描述的过程。它的目的是使得属于同一个簇的样本之间应该彼此相似，而不同簇的样本应该足够不相似。与分类规则不同，进行聚类前并不知道将要划分成几个组和什么样的组，也不知道根据哪些空间区分规则来定义组。其目的旨在发现空间实体的属性间的函数关系，挖掘的知识用以属性名为变量的数学方程来表示。聚类技术正在蓬勃发展，涉及范围包括数据挖掘、统计学、机器学习、空间数据库技术、生物学以及市场营销等领域，聚类分析已经成为数据挖掘研究领域中一个非常活跃的研究课题。常见的聚类算法包括：K-均值聚类算法、K-中心点聚类算法、CLARANS、 BIRCH、CLIQUE、DBSCAN等。
